[0001] 本发明属于建筑领域，特别是涉及一种带弯弧内凹背杆的弦杆分叉加强悬挑平面桁架钢罩棚体系。

[0002] 现代体育建筑对建筑结构一体化的需求愈加强烈，尤其是外露式体育场钢罩棚，结构体系本身就是建筑外观表现的一部分。各种结构体系的变化或者结构部件出现的位置或多或少会影响到建筑效果。因此，结构体系的选择除解决钢罩棚不可避免的大跨度、大悬挑等结构难题外，亦需兼顾看台观众尤其是近人尺度下的结构可视性。对于传统钢罩棚平面或立体桁架而言，为保持结构整体稳定性，其沿环向通长布置环桁架。该环桁架在高看台近人尺寸会直接与观众视角相冲突，极大影响体育场观看体验。

[0020] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。

[0021] 传统体育场钢罩棚结构直接外露，建筑造型和观感对结构体系和结构构件的布置要求严苛。罩棚尾部幕墙主结构呈内凹形状，对结构受力提出巨大挑战。

[0022] 此外，由于竖向支撑条件的限制，钢罩棚南北方向长约360m，东西方向宽约280m。东侧面海侧有一跨度154m的大开口造型结构，屋面钢罩棚从高看台到大看台悬挑长度渐变为62.5～32米，结构最高点标高约63.5m，支撑屋盖柱柱距约10.5～12m不等。这种非对称大体量悬挑造型给屋盖结构设计增加了极大的挑战。

[0023] 根据体育场建筑体型的特点，需要在场馆南北两侧通过抽柱形成两个54m的小开口结构，在场地东侧由于有观海需求形成154m的大开口结构，这会导致下部竖向结构刚度不均匀，须通过屋盖环桁架以及尾部结构形成结构刚体，以确保大悬挑结构的足够刚度和受力可靠性，导致体育场结构复杂，需要进行结构改良。

[0024] 本发明实施例基于上述情况，如图1、2所示，公开一种带弯弧内凹背杆2的弦杆分叉加强悬挑平面桁架钢罩棚3体系，包括：支撑结构1、背杆2、平面桁架钢罩棚3，所述平面桁架钢罩棚3安装于支撑结构1上，且所述平面桁架钢罩棚3在支撑结构1的两侧分别设有内环结构31、外环结构32，所述背杆2上端与外环结构32的外缘相连，所述背杆2下端与支撑结构1相连，所述背杆2呈S型弯弧结构。

[0025] 其中，如图1、2所示，支撑结构1为环型基座结构，可对背杆2、平面桁架钢罩棚3进行支撑功能。而背杆2呈S型弯弧结构，具有类弹簧功能，平面桁架钢罩棚3的外环结构32通过背杆2与环型基座结构相连，利用背杆2对平面桁架钢罩棚3的外环结构32进行牵拉，使平面桁架钢罩棚3的内环结构31可以稳定抬起。

[0026] 本发明实施例通过设置呈S型弯弧结构的背杆2结构，形成弯弧内凹造型，对悬挑桁架受力所需的轴向刚度有所削弱，有效简化了传统钢罩棚结构。此外，本发明实施例的背杆2呈现弯弧内凹结构，可参与平面桁架钢罩棚3受力，利用背杆2的S型弯弧结构，形成类弹簧效果，其刚度受力机理参与钢罩棚整体受力，可有效提高平面桁架钢罩棚3受力的稳定性。

[0027] 可选的，如图1、3所示，所述平面桁架钢罩棚3还包括柱顶立体环桁架33，所述支撑结构1与柱顶立体环桁架33固定相连，所述内环结构31、外环结构32分别位于柱顶立体环桁架33相连。

[0028] 其中，柱顶立体环桁架33为多个三角锥型架组成的环型结构，直接与支撑结构1固定相连，内环结构31、外环结构32分别位于柱顶立体环桁架33的两侧固定相连。

[0029] 本发明实施例通过设置多个三角锥型架形成柱顶立体环桁架33，使柱顶立体环桁架33的底部呈现下弦杆分叉结构，支撑结构1与三角锥型架的一角相连，形成分叉支撑结构1，利用三角原理，提高其结构稳定性形成面外支撑，提高整体结构稳定性，改善人视角度结构布置，提高可看性。

[0030] 特别的，如图1、3所示，所述外环结构32为多个外侧三角椎体321围成的环形结构。

[0031] 其中，外侧三角椎体321在柱顶立体环桁架33的外侧，形成尾部上弦杆和下弦杆的分叉结构，与柱顶环桁架形成悬挑桁架的加强结构，提高悬挑桁架的根部刚度和抗扭刚度，弱化罩棚拉杆的受力作用，利于控制悬挑桁架的变形。

[0032] 本发明实施例通过设置外环结构32为多个外侧三角椎体321围成的环形结构，使外环结构32与柱顶立体环桁架33形悬挑桁架的加强结构，提高平面桁架钢罩棚3的整体性，该体系可适应下部整体看台结构因为建筑造型或者功能局部抽柱形成的根部弱化效应，可通过柱顶下弦分叉形成的根部整体刚度降低平衡抽柱影响。

[0033] 特别的，如图1、3所示，所述内环结构31包括若干个内侧三角椎体311、内侧悬挑平面桁架312，所述内侧悬挑平面桁架312与柱顶立体环桁架33相连，所述内侧三角椎体311与内侧悬挑平面桁架312、柱顶立体环桁架33的底部支撑相连。

[0034] 特别的，如图1、3所示，所述平面桁架钢罩棚3还包括若干个大开口处折线拱桁架，所述弦杆分叉加强悬挑平面桁架钢罩棚3体系还设有开口结构，所述大开口处折线拱桁架设置于开口结构两边，且所述大开口处折线拱桁架顶部与内环结构31支撑相连。

[0035] 其中，所述弦杆分叉加强悬挑平面桁架钢罩棚3体系在开口结构处设置有两个或两个以上的柱体，大开口处折线拱桁架设置于柱体处，对开口结构进行支撑。

[0036] 特别的，所述支撑结构1为混凝土看台结构，所述混凝土看台结构设置有若干个支撑柱，所述支撑柱呈环形设置，所述平面桁架钢罩棚3与支撑杆顶部固定相连。

[0037] 特别的，所述背杆2下端朝向内侧，且由上至下依次设有第一弯弧21、第二弯弧22，所述第一弯弧21与第二弯弧22相连呈S型弯弧结构。

[0038] 特别的，如图4所示，所述背杆2设有若干个，若干个所述背杆2依次设置，呈环型结构，

[0039] 其中，第一弯弧21、第二弯弧22在背杆2的中部偏下位置。多个背杆2依次相邻设置，形成环形结构，由于

[0040] 本发明实施例通过设置背杆2具有第一弯弧21、第二弯弧22，使其呈现S型结构，且背杆2底部朝向体系的内侧，背杆2顶部朝向体系的外侧，多个背杆2依次相邻设置，形成环状类碗型结构，可实现对平面桁架钢罩棚3外侧的牵拉支撑效果。

[0041] 特别的，相邻所述背杆2之间还设有横向连系梁24。

[0042] 其中，相邻背杆2之间还通过横向连系梁24固定相连，形成网状结构，提高背杆2之间的稳固性。

[0043] 特别的，所述背杆2还设有直角固定件23，所述直角固定件23两端分别与第二弯弧22两端固定相连。

[0044] 其中，直角固定件23设置于第二弯弧22的弧形外侧，直角固定件23与第二弯弧22的弧形外侧固定相连，有效提高第二弯弧22的稳定性，缓解第二弯弧22因长时间牵拉而形成金属疲劳的问题。

[0045] 现设计一种综合体育场，该综合体育场平面南北方向长约430m，东西方向宽约400m。其中钢罩棚南北方向长约360m，东西方向宽约280m。东侧面海侧有一跨度154m的大开口造型结构。屋面钢罩棚从高看台到大看台悬挑长度渐变为62.5～32米。结构最高点标高约63.5m，支撑屋盖柱柱距约10.5～12m不等。根据建筑造型，下部结构采用混凝土框架体系，屋面钢罩棚采用带弯弧背杆2的锥体加强悬挑平面桁架体系。钢罩棚与看台顶上的支撑混凝土直柱铰接连接，弯弧背杆2柱脚与二层刚接连接(外包钢骨至首层)，柱顶与钢罩棚尾部铰接连接。154m跨大开口结构需采用加腋菱形桁架跨越。

[0046] 为对比传统方案与本发明实施例方案的区别，现采用两种方案进行仿真模拟[0047] 经过传统方案与本发明实施例方案的对比，可知采用钢罩棚采用大跨度大悬挑的组合桁架方案。在恒、活常态荷载作用下，下弦杆受压，受压的杆件存在下弦失稳的问题。最大悬挑长度为62.5m，平面桁架的杆件侧向约束条件在20m～25m较为合适，意味着传统方案需在框架柱前端需设3道环桁架。而体育场下方基本不做吊顶，3道环桁架直接影响视觉效果。本发明实施例方案为了减小下弦受压杆件的面外稳定问题，在距离框架柱约20m处采用下弦交叉相连的做法，在交叉点处与柱位的支撑点通过杆件连接形成锥体，增大根部刚度。以交叉点作为控制点，向内做平面桁架形成体育场内的单榀结构逻辑。在后方与背杆2连接处，下弦采用单根直杆的形式便于连接，上弦采用两根杆件在与背杆2连接处进行交汇，形成大尺度的稳定锥体，提高结构柱后方的刚度。

[0048] 本发明实施例方案的整体钢罩棚南北轴向长度约360m，东西轴向长度约280m，不设缝，采用带弯弧背杆2的锥体加强悬挑平面桁架结构形式，混凝土直柱柱距约为10m，在西侧悬挑62.5m，东侧悬挑30m，南、北两侧悬挑48m，设有3圈环桁架。在西侧，桁架高度为12m，背杆2高度为41.8m。内侧悬挑部分，上弦杆、下弦杆和腹杆最大截面分别为P600x18、P650x22和P600x18，后方上弦杆、下弦杆和腹杆最大截面分别为P800x25、P900x30和P600x18。在南、北两侧，桁架高度为8.2m，背杆2高度为24.8m。内侧悬挑部分，上弦杆、下弦杆和腹杆最大截面分别为P600x18、P600x18和P500x14，后方上弦杆、下弦杆和腹杆最大截面分别为P700x25、P900x30和P700x25。

[0049] 综上所述，本发明实施例通过设置S型弯弧背杆2结构，可对平面桁架钢罩棚3进行有效的牵拉及支撑，同时柱顶立体环桁架33为多个三角锥型架组成的环型结构，形成分叉式支撑结构1，有效改良了平面桁架钢罩棚3的结构体系，简化结构需求，避免需要设置多个环桁架的问题，降低体育馆内看客的视线干扰。

[0050] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。